TESIS
Estudio de la precipitación de carburos en un acero ferrítico de baja aleación 2.25Cr−1Mo
Fecha
2018-06-04Registro en:
Fernández Rodríguez, Daniel. (2012). Estudio de la precipitación de carburos en un acero ferrítico de baja aleación 2.25Cr−1Mo. (Maestría en Ciencias en Ingeniería Metalúrgica). Instituto Politécnico Nacional, Sección de Estudios de Posgrado e Investigación, Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas. México.
Autor
Fernández Rodríguez, Daniel
Institución
Resumen
RESUMEN: En el presente trabajo se llevó a cabo el estudio de la precipitación de carburos en un acero ferrítico de baja aleación 2.25Cr-1Mo. El análisis se realizó tanto por simulación numérica como de forma experimental. La simulación numérica se basó en la teoría clásica de nucleación y crecimiento, con datos termodinámicos y de difusión, mediante un programa de cómputo en lenguaje Fortran 95. El intervalo de temperaturas en la simulación fue de 400 a 700 °C. También se obtuvieron diagramas ternarios Fe-Cr-C y Fe-Mo-C, y el pseudobinario de hierro carburo con el programa Thermo-Calc. La etapa experimental se realizó bajo dos condiciones de tratamiento térmico; normalizado y revenido, y solubilizado y templado en agua. Posteriormente, ambas muestras se sometieron a tratamientos térmicos de envejecido a 550 ºC por tiempos de 1 a 2000 h. La caracterizaron microestructural y mecánica se realizó por microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido y medición de dureza a nivel macro, micro y nanométrico. Los resultados de la simulación numérica permitieron obtener las curvas de transformación de los precipitados y el diagrama Tiempo-Temperatura-Precipitación. La cinética de precipitación máxima ocurre a 650 °C. El análisis de las curvas de transformación indica que los precipitados nuclean heterogéneamente en los límites de grano y que la cinética de engrosamiento de los mismos es controlada por difusión, lo que concuerda con los resultados experimentales. Por otra parte, los resultados por microscopia electrónica de barrido del acero envejecido, revelan que existen precipitados en el límite y dentro del grano. La fracción volumen de los mismos incrementa con el tiempo de envejecido. En general, se observa una cinética de precipitación mayor durante el envejecido en el acero normalizado y revenido que en el acero solubilizado y templado. En cuanto a la dureza, ésta disminuye ligeramente con el tiempo de envejecido en ambos casos, sin embargo, la dureza es mayor para el acero templado. Con las condiciones de temperatura y tiempo empleados para los tratamientos térmicos, se obtuvieron precipitados muy finos, los cuales no causan endurecimiento considerado como se muestran en los resultados de dureza, aunque si hay un incremento de la tenacidad del material, de acuerdo a los resultados de nanodureza.
ABSTRACT: A study of precipitation was carried out in 2.25 Cr-1 Mo steel. The analysis of carbide precipitation was conducted numerically and experimentally. Numerical simulation of precipitation at a temperature of 450–650 °C was based on the nucleation and growth theory using thermodynamic and diffusion data in Fortran 95 computer program. Besides, Fe-Cr-C, Fe-Mo-C and Fe-carbide pseudo-binary diagrams were calculated using the Thermo-Calc program. 2.25 Cr-1 Mo steel specimen were heat treated experimentally; normalized-tempered and austenized-water quenched. The specimens were aged at 550 °C for 1–2000 h, and characterized microstructurally and mechanically using an optical microscope, scanning electron microscope and measurements of macro-, micro- and nano-hardness. The transformation curves of precipitation and the Time-Temperature-Precipitation diagram were obtained by simulation program. The fastest kinetics of precipitation occurred at 350 °C. The analysis of transformation curves indicated that the nucleation of precipitates took place on grain boundaries and the coarsening process of precipitates is controlled by volume-diffusion according to experimental results. SEM micrographs showed the presence of both transgranular and intragranular precipitation. This volume fraction of precipitates increased with the aging time and the precipitation kinetics in the normalized-tempered steel was faster than that in the quenched steel. It was also observed that the hardness of steels decreases slightly with the aging time and due to the fine precipitation no precipitation hardening was observed, but nano-hardness results indicated an increase in toughness.